动调陀螺标度因数非线性误差补偿研究

捷联惯性测量组件的非线性误差主要体现在陀螺和加速度计的标度因数上,为了减小捷联惯性测量组件中的动调陀螺的非线性误差,提出了一种对陀螺测量曲线进行自适应分段最佳逼近拟合方法.该方法在分析陀螺非线性误差产生的原因基础上,推导出陀螺的标度因数非线性误差补偿模型,设计了试验标定方案,在惯性测量组件的整个测量范围内进行自适应分段,每段用一个高次曲线最佳逼近,可得到陀螺测量模型在每个分段区间的精确函数描述,从而可以对陀螺非线性测量误差进行实时补偿.系统的速率试验和摇摆试验结果表明,自适应分段高次曲线最佳逼近的方法有效地提高了陀螺的角速度测量精度,最大能提高约10倍.     

惯性往复振动机械阻尼值设计的理论研究

建立了双旋转偏重激振的惯性往复振动机械的状态方程,将该状态方程与两驱动电机的状态方程一起组成机电耦合系统的数学模型,对不同阻尼的机电耦合数学模型进行数值求解,得到不同阻尼时系统的瞬态和稳态解.通过综合分析系统阻尼对最大共振振幅、启动时间、稳态功率消耗及阻尼力的影响,提出了惯性往复振动机械阻尼率的合理设计值为0.1左右.     

捷联惯性组合在舰标定技术研究

文章研究了捷联惯性组合的在舰标定问题。对于陀螺仪提出以姿态误差角作为观测量,采用系统级标定法进行标定。在标定过程中将舰载主惯导给出的导航坐标系角速率ωnin引入到捷联惯性组合的姿态更新,实现了姿态误差与速度误差和位置误差的解耦,避免了由于所列状态量过多而造成的矩阵维数过大的问题。对于加速度计提出以舰载主惯导对比力矢量的测量值作为参考量,以捷联惯性组合对该矢量的测量误差作为观测量对其进行标定。计算机仿真结果表明,文中给出的方法可以有效地完成捷联惯性组合在舰标定,且标定精度较高,具有较强的实际意义。     

INS/SAR组合系统对捷联惯性元件的要求及系统性能分析

研究了惯性系统(INS)／合成孔径雷达(SAR)组合导航系统中导航误差的修正、雷达信号相位的调整及合成孔径雷达对捷联惯性元件误差的要求等问题,并给出了仿真结果。     

无陀螺微惯性测量组合的优化算法研究

无陀螺微惯性测量组合是利用线加速度计空间的组合解算法载体的角速度，同时测量载体的轴向加速度，构成惯性测量组合，应用该方法可以设计出适用的中等精度惯性导航系统，在国外学者研究的基础上改进了9加速度计的模型，提出一种新疆的解算算法，抑制了迭代误差，该算法利用传感器的冗余信息直接求得所测量的角度速度的绝对值，及时修正微分方程的解，减少了解微分方程组所带来的累积误差，降低了惯性测量组合的漂移，经过仿真计算验证了该方案的可行性。     

新能源采用MGP并网的小干扰稳定分析

新能源以日益增高的比例接入电网将带来惯性和阻尼不足的问题,影响新能源电力系统的稳定运行。本文就该问题提出一种基于同步电机的解决思路,即电机对(motor-generator pair,MGP)系统。介绍了新能源采用MGP系统并网的结构和应用场景;建立了基于电机经典模型的小干扰状态方程,通过变换使该方程具有和传统发电机方程相似的形式,更加直观的考察了MGP的惯性和阻尼水平;在此基础上进一步推导了励磁电压恒定时的小干扰状态方程,解释了MGP的阻尼来源。最后,在三机九节点系统中采用模态分析法,对风电在不同渗透率下采用MGP系统并网前后的系统功角振荡模态进行对比分析。结果表明,MGP系统能够为高比例新能源电网提供充足的惯性、阻尼振荡和隔离风电对小干扰稳定的不利影响。     

激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件误差的系统级标定

为评估激光陀螺SINS的性能,需对系统中的惯性器件误差,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等,进行系统级标定。提出了卡尔曼滤波校准法,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差。其实现过程包括两步：首先,基于降阶处理思想,利用SINS的静基座测试数据,通过卡尔曼滤波来估计SINS系统中激光陀螺随机漂移误差及其他误差参数的耦合参量;第二步,比较两组不同位置的静基座测试数据的滤波辨识结果,对不同形式的耦合参量估值进行标量运算,即可获得SINS系统中其它惯性器件误差参数的校准值。卡尔曼滤波校准法的方法比较简单,测试易于实现,只需要一台精度比较高的手动三轴定位转台即可。另外,卡尔曼滤波法具有对测量噪声及环境干扰的影响不敏感、校准精度高的优点。卡尔曼滤波校准法的有效性与可行性已通过仿真测试得到了验证。     

管道地理坐标测量中低精度IMU初始对准技术

针对管道地理坐标测量系统低精度惯性测量单元（inertial measurment unit,IMU）初始对准问题,提出一种管道定位的初始对准方法.针对大角度情况进行粗对准,然后在小角度范围内再进行精对准.在精对准过程中,对测量信号采用一阶马尔科夫模型,提取出符合kalman滤波模型的白噪声分量,随后建立13维状态量的kalman状态方程以及观测方程.对于较大方位误差角引起的非线性,采用Cubature Kalman滤波（Cubature Kalman filtering,CKF）算法对非线性模型进行状态估计,解决了滤波模型的非线性问题并进行了静态对准实验.实验结果表明,设计的算法在计算时间上优于Unscented粒子滤波（Unsented particle filtering,UPF）算法,适于作为管道地理坐标测量的初始对准算法.     

十二加速度计阵列解耦算法研究

在无陀螺惯性测量组合中,加速度计敏感轴偏差使得加速度计能敏感到垂直于敏感轴方向上的加速度,由此产生的耦合效应是导致加速度计输出误差增大的重要因素.针对敏感轴偏差产生的耦合效应提出了相应的解耦算法,并制作了十二加速度计惯性测量组合模型及高精度同步数据采集实验系统.在三轴转台上进行的仿真实验结果表明了解耦算法的有效性.经过解耦,加速度计输出精度达到选用加速度计的分辨率级精度-10-3g,比未解耦的输出提高了2个数量级,从源头上降低了无陀螺惯性测量组合的误差.     

在三轴转台上辨识捷联惯性组合数学模型的一种优化测试方案

以三轴转台作为测试设备,提出了用双轴位置滚转法和双轴速率滚转法对捷联惯性组合进行测试,同时应用Ｄ－最优设计准则对试验计划进行了设计,给出了一个在三轴转台上实施的优化测试方案。该方案可以辨识出妻联惯性组合角速度测量和线加速度测量模型方程中降角加速度误差系数外的全部系数。     

Error Model of Rotary Ring Laser Gyro Inertial Navigation System

To improve the precision of inertial navigation system (INS) during long time operation, the rotation modulated technique (RMT) was employed to modulate the errorr of the inertial sensors into periodically varied signals, and, as a result, to suppress the divergence of INS errors. The principle of the RMT was introduced and the error propagating functions were derived from the rotary navigation equation. Effects of the measurement error for the rotation angle of the platform on the system precision were analyzed. The simulation and experimental results show that the precision of INS was ① dramatically improved with the use of the RMT, and ② hardly reduced when the measurement error for the rotation angle was in arc-second level. The study results offer a theoretical basis for engineering design of rotary INS.     

双滤波器捷联惯导外阻尼导航算法

针对捷联惯导系统导航精度受系统振荡误差严重影响的问题,提出一种基于双滤波器的捷联惯导外阻尼导航算法.该算法设计了两个串行滤波器,第一个滤波器以外速度为参考输入对外部速度作平滑处理并得到捷联惯导系统误差状态估计值,第二个滤波器利用平滑后的高精度外部参考速度,以速度变化量作为外部参考输入进行状态估计,屏蔽速度常值误差对系统的影响,最后,设计信息融合算法,将两个滤波器得到的估计状态进行融合,使得导航结果兼顾双滤波器的优点.仿真验证表明:存在外速常值误差时,相较于滤波器2而言,经过信息融合后的导航误差的地球振荡误差收敛速度明显加快,其短期精度得到显著提高;相较于滤波器1而言,经过信息融合后,其稳态导航精度得到显著提高;该方法具有较高的稳态精度,可缩短外阻尼系统误差收敛时间,有效提高捷联惯导系统导航精度.     

单自由度吊丝配重式重力补偿机构的精度分析

以单自由度吊丝配重式系统为研究对象,建立系统误差模型。为评估各类几何误差及惯性力对补偿精度的影响,将起吊点和悬挂点的偏离量作为误差评估指标,选定同步误差对应的误差评估指标进行误差匹配,可分析各类误差的影响。研究发现吊丝长度与补偿精度成正相关,各类几何误差对评估指标的影响有差异。惯性力引起的误差可等效成求解悬链线问题,经分析发现,其导致起吊点方向偏转为最大影响因素。算例表明,角加速度过大时,系统对吊丝长度有更高的要求。     

Maximum likelihood registration for systemic error based on statistical linear regression

Generally,there are non-random systemic errors in target detection with the cooperative multi-sensor system.In order to solve this problem,a maximum likelihood registration algorithm based on statistical linear regression (SLR-MLR) is presented.The registration equation for the multi-sensor system is established first by jointly maximizing the likelihood function of the target state and systemic error,on the basis of which the proposed algorithm utilizes a set of diverse regression points to handle the linearization problem of the nonlinear measurement transformation.The regression equation for the target state with respect to unbiased measurement is constructed through statistical linear regression,and then the first two statistical properties of the projected state can be obtained.Moreover,the algorithm uses the likelihood maximization iteration to seek the solution of the registration equation,thus achieving the joint estimation for the systemic error and target state.Simulation results show that the SLR-MLR can achieve the registration of multiple sensors in each observation dimension,and has a higher accuracy and near computational complexity compared with the classical MLR.     

管道地理位置测量系统的动态初始对准方法

针对长输油气管道地理位置测量系统的初始对准问题,提出了一种新的动态初始对准方法.建立了管道地理位置测量系统状态误差模型和以基准点之间的航向角误差、速度误差和位置误差为观测量的观测模型,设计了变尺度无迹卡尔曼滤波动态初始对准算法.结果表明,该算法所得初始对准俯仰角、航向角和横滚角的稳态误差分别为18.9'、6'和5',解决了姿态角周期性变化引起的初始对准精度差的问题,满足了管道地理位置测量系统的工程应用要求.     

基于组合导航技术的管道地理坐标定位算法

针对长输管道地理坐标定位问题,提出了一种基于组合导航技术并应用管道磁标处地理信息进行分段修正的管道地理坐标定位算法.该算法基于惯导/里程仪组合导航的基本原理,应用误差模型对航迹误差进行修正.通过研究陀螺仪和里程仪的误差特性,建立了陀螺仪和里程仪的误差模型,针对低精度加速度计应用于惯性导航系统时存在速度和航迹解算误差较大的问题,提出了应用加速度信息对里程仪速度进行修正的速度解算方法.实验结果表明,算法解算所得位置误差为0.16%,可为长输管道提供三维地理坐标定位信息.     

小型惯导系统设计与实现

采用一种基于FPGA的小型惯性导航系统设计方案,分别介绍了系统中导航传感器的选择及系统的结构,设计了基于FPGA的导航计算机,并利用A ltera公司的NIOSⅡ处理器为核心,完成数据采集和处理的功能。通过对硬件结构的描述分析了系统中各个电路模块的功能,给出了各个模块的实现方案,并制作了采用该设计的小型惯导系统。针对M IMU中确定性的系统误差较大的问题,采用一种安装误差角与标度因数解耦的微惯性测量单元精确标定方法,对陀螺仪和加速计进行确定性误差项的补偿处理。通过实验测试,对比原理样机的实测数据与补偿后结果,验证了该惯导系统的可靠性以及补偿方案的可行性.     

空空导弹中制导系统蒙特卡罗仿真研究

基于蒙特卡罗仿真技术，研究了导弹中制导方案的可行性，分析输入参数误差，初始不对准误差，惯性器件误差，目标机动，计算延迟等因素对导引头截获目标的影响。仿真结果表明，采用比例导引律和低精度的捷联惯导系统可保证中制导段结束时导引头可靠截获目标。